基于光栅的X射线相衬像对关节中的软骨具有较吸收像更好的成像效果,对和软骨相关的疾病如关节炎等具有潜在的应用价值。而基于光栅的X射线暗场像则在检测肺气肿、肺部纤维化、肺部肿瘤和乳腺微钙化等方面取得了不错的实验结果。X射线相衬成像和暗场成像除了可以使用传统的Talbot-Lau干涉仪外,还可以利用双相位光栅干涉仪和非相干X射线成像系统。双相位光栅干涉仪较Talbot-Lau干涉仪的优点是可以不需要分析光栅,从而有利于突破分析光栅对成像视场的限制。而非相干X射线成像系统在X射线能量较高时系统的长度可以保持在一个较小的范围内。本文的研究工作主要包括双相位光栅干涉仪的研究和非相干成像系统的优化,主要内容有:1.利用菲涅耳衍射,分析X射线通过相位光栅后主要衍射级次之间的相互关系,得到单相位光栅成像的条纹周期和对比度极大值的条件。将这种分析方法应用于一般情形的占空比和相位差的相位光栅,获得其成像条纹的周期和对比度极大值的条件。借助于对单相位光栅成像性质的分析思路,本文研究了双相位光栅干涉仪成像的条纹周期、对比度极大值的条件和源光栅的周期。揭示了双?相位光栅干涉仪与双?2/相位光栅干涉仪具有不同的成像条纹周期、对比度极大值条件和源光栅周期。2.在成像公式、条纹周期和对比度极大值条件等方面比较了双相位光栅干涉仪和Talbot-Lau干涉仪之间的异同。相同之处是双相位光栅干涉仪的成像公式和条纹周期包含了Talbot-Lau干涉仪的成像公式和条纹周期。双?相位光栅干涉仪对比度的极值条件也包含了Talbot-Lau干涉仪对比度的极值条件,而双?2/相位光栅干涉仪则不包含。同时,对称的双Talbot-Lau干涉仪的参数刚好满足对称的双相位光栅干涉仪对比度的极值条件,这为简化双相位光栅干涉仪的参数设计提供了理论指导。3.通过分析Talbot-Lau干涉仪中分析光栅的工作过程,本文认为在利用相移法解物体信息时,分析光栅起到的作用实质上是选择条纹的积分区域,而非形成莫尔条纹。据此,本文提出了两倍像素的读出方法,即条纹周期为探测器像素尺寸的两倍。对逆几何Talbot-Lau干涉仪和双相位光栅干涉仪而言,该方法对探测器像素尺寸的要求可以从原来条纹周期的四分之一降为二分之一,从而有利于扩大成像视场。同时本文利用两倍像素的读出方法,改进了非相干X射线成像系统的系统灵敏度,使得相衬信号和暗场信号都得到了提高。4.提出了X射线在物体中的散射可以看成是X射线在物体内部多次折射的假设,并利用这种假设,简化了在非相干X射线暗场成像中光栅的位置和周期对暗场信号影响的理论分析,并通过实验验证了理论结果。对乳腺模型成像的结果表明,非相干X射线成像系统中乳腺模型微钙化的暗场信号具有比吸收信号更高的衬度。5.针对傅里叶变换中由于频谱混叠出现的伪影,提出了两幅傅里叶变换的方法。该方法同时结合三倍像素的读出方法,可以在尽可能多地保留物体高频信息的同时,有效去除伪影。